同步電機(jī)的基本分類和工作原理
一、永磁同步電動(dòng)機(jī)
永磁同步電動(dòng)機(jī)屬于異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī),其磁場(chǎng)系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)永磁體組成,通常是在用鑄鋁或銅條焊接而成的籠型轉(zhuǎn)子的內(nèi)部,按所需的極數(shù)裝鑲有永磁體的磁極。定子結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)類似。
當(dāng)定子繞組接通電源后,電動(dòng)機(jī)以異步電動(dòng)機(jī)原理起動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn),加速運(yùn)轉(zhuǎn)至同步轉(zhuǎn)速時(shí),由轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩(由轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩合成)將轉(zhuǎn)子牽入同步,電動(dòng)機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行。
磁阻同步電動(dòng)機(jī) 磁阻同步電動(dòng)機(jī)也稱反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī),是利用轉(zhuǎn)子交軸和直軸磁阻不等而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的同步電動(dòng)機(jī),其定子與異步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)類似,只是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。
二、交流同步電動(dòng)機(jī)
交流同步電動(dòng)機(jī)是一種恒速驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電源頻率保持恒定的比例關(guān)系,被廣泛應(yīng)用于電子儀器儀表、現(xiàn)代辦公設(shè)備、紡織機(jī)械等。
三、磁滯同步電動(dòng)機(jī)
磁滯同步電動(dòng)機(jī)是利用磁滯材料產(chǎn)生磁滯轉(zhuǎn)矩而工作的同步電動(dòng)機(jī)。它分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動(dòng)機(jī)、外轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動(dòng)機(jī)和單相罩極式磁滯同步電動(dòng)機(jī)。
內(nèi)轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為隱極式,外觀為光滑的圓柱體,轉(zhuǎn)子上無繞組,但鐵心外圓上有用磁滯材料制成的環(huán)狀有效層。
定子繞組接通電源后,產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使磁滯轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩而起動(dòng)旋轉(zhuǎn),隨后自行牽入同步運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在電動(dòng)機(jī)異步運(yùn)行時(shí),定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)差頻率反復(fù)地磁化轉(zhuǎn)子;在同步運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子上的磁滯材料被磁化而出現(xiàn)了永磁磁極,從而產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩。軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器,將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí),晶閘管的輸出電壓逐漸增加,電動(dòng)機(jī)逐漸加速,直到晶閘管全導(dǎo)通,電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上,實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng),降低啟動(dòng)電流,避免啟動(dòng)過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí),啟動(dòng)過程結(jié)束,軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管,為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓,以降低晶閘管的熱損耗,延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命,提高其工作效率,又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能,軟停車與軟啟動(dòng)過程相反,電壓逐漸降低,轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零,避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。
四、磁阻同步電動(dòng)機(jī)
同籠型異步電動(dòng)機(jī)演變來的,為了使電動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生異步起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子還設(shè)有籠型鑄鋁繞阻。轉(zhuǎn)子上開設(shè)有與定子極數(shù)相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)槽(僅有凸極部分的作用,無勵(lì)磁繞組和永久磁鐵),用來產(chǎn)生磁阻同步轉(zhuǎn)矩。根據(jù)轉(zhuǎn)子上反應(yīng)槽的結(jié)構(gòu)的不同,可分為內(nèi)反應(yīng)式轉(zhuǎn)子、外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子和內(nèi)外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子,其中,外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子反應(yīng)槽開地轉(zhuǎn)子外圓,使其直軸與交軸方向氣隙不等。內(nèi)反應(yīng)式轉(zhuǎn)子的內(nèi)部開有溝槽,使交軸方向磁通受阻,磁阻加大。內(nèi)外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子結(jié)合以上兩種轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),直軸與交軸差別較大,使電動(dòng)機(jī)的力能較大。磁阻同步電動(dòng)機(jī)也分為單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式、單相電容起動(dòng)式、單相雙值電容式等多種類型。
同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)一樣是一種常用的交流電機(jī)。特點(diǎn)是:穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間有不變的關(guān)系n=ns=60f/p,ns成為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)的頻率不變,則穩(wěn)態(tài)時(shí)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負(fù)載的大小無關(guān)。同步電機(jī)分為同步發(fā)電機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)?,F(xiàn)代發(fā)電廠中的交流機(jī)以同步電機(jī)為主。
工作原理
主磁場(chǎng)的建立:勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流,建立極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng),即建立起主磁場(chǎng)。
載流導(dǎo)體:三相對(duì)稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組,成為感應(yīng)電勢(shì)或者感應(yīng)電流的載體。
切割運(yùn)動(dòng):原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(給電機(jī)輸入機(jī)械能),極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組(相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵(lì)磁磁場(chǎng))。
交變電勢(shì)的產(chǎn)生:由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割運(yùn)動(dòng),電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三 相 對(duì)稱交變電勢(shì)。通過引出線,即可提供交流電源。
交變性與對(duì)稱性:由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間,使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變;由于電樞繞組的對(duì)稱性,保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱性。
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